KR102417787B1 - Composite beam apparatus - Google Patents

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Abstract

[과제] 집속 이온 빔으로 시료를 단면 가공한 후, 다른 빔으로 단면을 마무리 가공할 때, 전자 빔 경통으로부터의 전기장이나 자기장의 누설에 의한 영향이나, 차지 업에 의한 영향을 억제할 수 있는 복합 빔 장치를 제공한다.
[해결 수단] 시료(200)에 전자 빔(10A)을 조사하기 위한 전자 빔 경통(10)과, 시료에 집속 이온 빔(20A)을 조사하여 단면을 형성하기 위한 집속 이온 빔 경통(20)과, 집속 이온 빔 경통보다 가속 전압이 낮게 설정되고, 시료에 중성 입자 빔(30A)을 조사하여 단면을 마무리 가공하기 위한 중성 입자 빔 경통(30)을 갖고, 전자 빔 경통, 집속 이온 빔 경통 및 중성 입자 빔 경통은, 각각의 각 조사 빔이 조사점 P에서 교차하도록 배치되어 이루어지는 복합 빔 장치(100)이다.[Task] A composite that can suppress the effect of electric or magnetic field leakage from the electron beam barrel or the effect of charge-up when cross-sectioning a sample with a focused ion beam and finishing the cross-section with another beam A beam device is provided.
[Solution means] an electron beam barrel 10 for irradiating the sample 200 with an electron beam 10A, and a focused ion beam barrel 20 for forming a cross section by irradiating the sample with a focused ion beam 20A; , the accelerating voltage is set lower than that of the focused ion beam barrel, and has a neutral particle beam barrel 30 for finishing the cross section by irradiating the sample with a neutral particle beam 30A, the electron beam barrel, the focused ion beam barrel and the neutral The particle beam barrel is a composite beam apparatus 100 in which each irradiation beam is arranged so as to intersect at the irradiation point P.

Figure 112017078811074-pat00002
Figure 112017078811074-pat00002

Description

복합 빔 장치{COMPOSITE BEAM APPARATUS}COMPOSITE BEAM APPARATUS

본 발명은, 전자 빔 경통과 집속 이온 빔 경통을 구비하고, 시료의 단면을 형성하여 관찰할 수 있는 복합 빔 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a composite beam apparatus having an electron beam barrel and a focused ion beam barrel, and capable of forming and observing a cross section of a sample.

종래부터, 주사형 전자 현미경(SEM)에, 시료에 집속 이온 빔(FIB)을 조사하여 단면을 형성하는 집속 이온 빔 경통을 실장한 FIB-SEM 장치가 이용되고 있다. 이것에 의해, 집속 이온 빔으로 가공한 단면에 SEM으로부터 전자 빔을 조사하여, 하나의 장치 내에서 시료의 단면 가공과, 단면의 관찰이나 측정을 그 자리에서 행할 수 있다.BACKGROUND ART Conventionally, a FIB-SEM apparatus in which a focused ion beam barrel that forms a cross section by irradiating a sample with a focused ion beam (FIB) is mounted on a scanning electron microscope (SEM) has been used. Thereby, the cross section processed by the focused ion beam is irradiated with an electron beam from the SEM, and cross section processing of the sample and observation and measurement of the cross section can be performed on the spot in one apparatus.

또한, 집속 이온 빔 경통보다 저에너지의 아르곤 등의 기체 이온 빔을 조사하는 제3 빔 경통을 FIB-SEM 장치에 설치하고, FIB 가공으로 표면에 발생한 가공 손상층에 기체 이온 빔을 조사하여 제거하는 마무리 가공 기술이 개발되어 있다(특허 문헌 1).In addition, a third beam barrel that irradiates a gas ion beam such as argon of lower energy than the focused ion beam barrel is installed in the FIB-SEM device, and a gas ion beam is irradiated to remove the processed damaged layer generated on the surface by FIB processing. Processing technology has been developed (Patent Document 1).

특히, 최근에는, 시료의 단면 가공의 종점을 특정 패턴이 노출된 상태로 하는 것이 요구되는 케이스가 많아, 기체 이온 빔으로 가공 중의 가공 표면(단면)을 SEM으로 관찰하면서 가공 종점을 결정하는 것이 요구되고 있다.In particular, in recent years, there are many cases where it is required to set the end point of cross-section processing of a sample in a state in which a specific pattern is exposed. is becoming

일본국 특허 공개 2007-164992호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2007-164992

그런데, 최근, FIB-SEM 장치에 있어서의 SEM의 고분해능화가 요구되고 있으며, 전자 렌즈의 자기장을 강하게 하거나, 시료를 렌즈 자계 내 또는 그 근방에 배치하여 초점 거리를 짧게 한 세미 인 렌즈 방식이 채용되어 있다.However, in recent years, higher resolution of SEM in FIB-SEM devices has been demanded, and a semi-in lens method in which the magnetic field of an electronic lens is strengthened or the sample is placed in or near the lens magnetic field to shorten the focal length is adopted. have.

그러나, SEM을 고분해능화하면, SEM 경통(전자 빔 경통)의 선단으로부터 시료 표면으로의 전기장, 자기장의 누설량이 커지며, 단면의 마무리 가공을 행하는 저에너지의 기체 이온 빔이 이 전기장, 자기장에서 편향된다고 하는 문제가 있다. 특히, SEM이 아웃 렌즈 방식에 비해 더욱 고분해능의 세미 인 렌즈 방식인 경우에, SEM으로부터의 전기장, 자기장의 누설량이 현저해진다.However, if the SEM is made high in resolution, the amount of leakage of electric and magnetic fields from the tip of the SEM barrel (electron beam barrel) to the sample surface increases, and the low-energy gas ion beam for finishing the cross section is deflected by the electric and magnetic fields. there is a problem. In particular, when the SEM is a semi-in-lens method with higher resolution than the out-lens method, the amount of leakage of electric and magnetic fields from the SEM becomes significant.

그리고, 기체 이온 빔이 편향되면, SEM 경통과 제3 빔 경통을 동시에 사용하는 것이 어려워지므로, SEM으로 관찰하면서 단면 가공의 종점을 판별하는 것이 어려워진다. 이로 인해, SEM에 의한 단면 관찰이 끝나 SEM 경통의 전기장이나 자기장이 감쇠할 때까지 대기한 후, 기체 이온 빔에 의한 가공을 해야만 하여, 작업 효율이 저하한다.And when the gas ion beam is deflected, it becomes difficult to use the SEM barrel and the third beam barrel at the same time, so it becomes difficult to determine the end point of the cross-section processing while observing with the SEM. For this reason, after the end of cross-sectional observation by SEM and waiting until the electric field or magnetic field of the SEM barrel is attenuated, processing by a gas ion beam must be performed, and work efficiency is reduced.

한편, 저에너지의 기체 이온 빔의 편향을 저감하기 위해, 제3 빔 경통을 시료에 더욱 가깝게 하려고 하면, SEM 경통이나 FIB 경통과 간섭하거나, SEM 경통의 전자 렌즈의 자기장이나 전기장에 영향을 줄 우려가 있다.On the other hand, if the third beam barrel is brought closer to the sample in order to reduce the deflection of the low-energy gas ion beam, there is a risk that it may interfere with the SEM barrel or the FIB barrel, or affect the magnetic field or electric field of the electronic lens of the SEM barrel. have.

또한, FIB로 시료를 단면 가공했을 때, 이온 빔의 조사에 의해 시료에 차지 업이 발생하여, 그 후의 저에너지의 기체 이온 빔이 편향해, 조사 위치를 적절히 유지하는 것이 어려워진다. 또, 차지 업에 의해 SEM상도 드리프트하여, 이차 전자가 발생하지 않게 되어 신호가 감소하고, 가공 종점이 SEM상으로 확인하기 어렵다고 하는 문제도 있다.In addition, when a sample is cross-sectioned by FIB, charge-up occurs in the sample by irradiation of the ion beam, and the subsequent low-energy gas ion beam is deflected, making it difficult to properly maintain the irradiation position. Moreover, the SEM image also drifts by charge-up, a secondary electron does not generate|occur|produce, a signal decreases, and there also exists a problem that a processing end point is difficult to confirm with an SEM image.

특히, 전자 디바이스 등에서 사용되는 재료의 다양화나, 각종 재료 해석, 생체 시료 등의 절연물 시료에서의 가공 필요성도 증가하고 있으며, 이온 빔 조사에 수반하여 발생하는 차지 업에 의한 상기 문제의 해결이 필요하게 된다.In particular, the diversification of materials used in electronic devices, etc., the analysis of various materials, and the need for processing in insulator samples such as biological samples are also increasing. do.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 집속 이온 빔으로 시료를 단면 가공한 후, 다른 빔으로 단면을 마무리 가공할 때, 전자 빔 경통으로부터의 전기장이나 자기장의 누설에 의한 영향이나, 차지 업에 의한 영향을 억제할 수 있는 복합 빔 장치의 제공을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and when the cross section of a sample is machined with a focused ion beam and then the cross section is finished with another beam, the effect of electric field or magnetic field leakage from the electron beam barrel, or the charge An object of the present invention is to provide a composite beam device capable of suppressing the effect of the blast.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 복합 빔 장치는, 시료에 전자 빔을 조사하기 위한 전자 빔 경통과, 상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하여 단면을 형성하기 위한 집속 이온 빔 경통과, 상기 집속 이온 빔 경통보다 가속 전압이 낮게 설정되고, 상기 시료에 중성 입자 빔을 조사하여 상기 단면을 마무리 가공하기 위한 중성 입자 빔 경통을 가지며, 상기 전자 빔 경통, 상기 집속 이온 빔 경통 및 상기 중성 입자 빔 경통은, 각각의 각 조사 빔이 조사점 P에서 교차하도록 배치되어 이루어진다.In order to achieve the above object, the composite beam apparatus of the present invention includes an electron beam barrel for irradiating an electron beam on a sample, a focused ion beam beam for irradiating the sample with a focused ion beam to form a cross section, the an acceleration voltage is set lower than that of the focused ion beam barrel, and a neutral particle beam barrel for finishing the cross section by irradiating the sample with a neutral particle beam, the electron beam barrel, the focused ion beam barrel, and the neutral particle beam The barrel is formed so that each of the respective irradiation beams intersects at the irradiation point P.

이 복합 빔 장치에 의하면, 시료의 단면의 마무리 가공을 행하는 빔으로서 중성 입자 빔을 이용함으로써, 단면의 조(粗)가공을 행하는 이온 빔에 비해 중성 입자 빔의 가속 전압이 낮아서, 저에너지여도, 전자 빔 경통으로부터 누설되는 전기장이나 자기장의 영향을 받지 않으므로, 단면의 마무리 가공 중의 상태를 동시에 SEM으로 관찰할 수 있다. 또, 단면의 마무리 가공과 SEM 관찰을 동시에 행할 수 있으므로, 전자 빔 경통의 전기장이나 자기장이 감쇠할 때까지 단면 가공을 대기할 필요가 없어, 작업 효율이 향상한다.According to this composite beam apparatus, by using a neutral particle beam as a beam for finishing the end surface of a sample, the acceleration voltage of the neutral particle beam is lower than that of an ion beam for rough processing of the cross section, so that even at low energy, electron Since it is not affected by electric or magnetic fields leaking from the beam barrel, the state of the end surface during finishing can be observed simultaneously with SEM. In addition, since the finishing machining of the end face and the SEM observation can be performed at the same time, there is no need to wait for the end face machining until the electric or magnetic field of the electron beam barrel is attenuated, and work efficiency is improved.

특히, 아웃 렌즈 방식에 비해 더욱 고분해능인 세미 인 렌즈 방식으로 SEM 관찰하는 경우에, 전기장이나 자기장의 누설량이 현저해지므로, 본 발명이 더욱 유효해진다. 그리고, 세미 인 렌즈 방식으로 SEM 관찰하면, 단면의 마무리 가공 중의 상태를 보다 고분해능으로 관찰할 수 있게 된다.In particular, in the case of SEM observation with a semi-in-lens method with higher resolution compared to the out-lens method, the leakage amount of the electric field or magnetic field becomes significant, so that the present invention becomes more effective. In addition, by performing SEM observation with a semi-in-lens method, it becomes possible to observe the state during the final processing of the cross section with higher resolution.

또한, 이온 빔으로 시료를 단면 가공했을 때, 이온 빔의 조사에 의해 시료에 차지 업이 발생하더라도, 중성 입자 빔을 이용함으로써, 차지 업의 영향을 받지 않고 단면의 마무리 가공을 행할 수 있다.Further, when a sample is cross-sectioned with an ion beam, even if charge-up occurs in the sample due to irradiation with the ion beam, by using a neutral particle beam, the end-face can be finished without being affected by the charge-up.

상기 전자 빔 경통의 선단과 상기 조사점 P의 거리를 L1, 상기 집속 이온 빔 경통의 선단과 상기 조사점 P의 거리를 L2, 상기 중성 입자 빔 경통의 선단과 상기 조사점 P의 거리를 L3으로 했을 때, L1＜L2＜L3의 관계를 만족하면 된다.The distance between the tip of the electron beam barrel and the irradiation point P is L1, the distance between the tip of the focused ion beam barrel and the irradiation point P is L2, and the distance between the tip of the neutral particle beam barrel and the irradiation point P is L3. What is necessary is just to satisfy the relationship of L1<L2<L3.

이 복합 빔 장치에 의하면, L1을 최소로 함으로써, 경통들의 간섭을 피하면서, 전자 빔 경통의 초점 거리를 짧게 하고, 고분해능의 SEM 관찰을 행할 수 있다. 한편, 중성 입자 빔은 차지에 의한 입자간의 반발이 없기 때문에, L3을 L2보다 크게 하고, 집속 이온 빔보다 낮은 가속 전압으로 가속한 중성 입자 빔이어도, 마무리 가공에 필요한 빔 지름의 빔을 형성할 수 있다.According to this composite beam apparatus, by minimizing L1, the focal length of the electron beam barrel can be shortened while avoiding interference of the barrels, and high-resolution SEM observation can be performed. On the other hand, since the neutral particle beam has no repulsion between particles due to charge, even a neutral particle beam with L3 larger than L2 and accelerated with an acceleration voltage lower than that of the focused ion beam can form a beam with the required beam diameter for finishing processing. have.

또, L3을 최대로 함으로써, 중성 입자 빔 경통을, 전자 빔 경통으로부터 떼어 놓을 수 있어, 전자 빔 경통으로부터 누출되는 전기장이나 자기장의 회전 대칭성의 붕괴 등에 의한 전자 빔 및 검출기의 성능 열화를 저감할 수 있다.In addition, by maximizing L3, the neutral particle beam barrel can be separated from the electron beam barrel, thereby reducing the performance degradation of the electron beam and detector due to the collapse of rotational symmetry of electric or magnetic fields leaking from the electron beam barrel. have.

상기 전자 빔 경통은, 상기 전자 빔을 상기 시료 상에 집속시키는 대물렌즈를 구비하고, 상기 대물렌즈는, 아웃 렌즈 모드와 세미 인 렌즈 모드로 선택적으로 설정 가능하며, 상기 중성 입자 빔 경통은, 상기 중성 입자 빔과, 이온 빔을 선택적으로 조사 가능하고, 상기 대물렌즈가 상기 아웃 렌즈 모드로 설정되었을 때, 상기 중성 입자 빔 경통으로부터 상기 이온 빔을 조사시키는 빔 조사 설정 수단을 더 구비해도 된다.The electron beam barrel includes an objective lens for focusing the electron beam on the sample, the objective lens can be selectively set to an out-lens mode and a semi-in-lens mode, and the neutral particle beam barrel includes: A beam irradiation setting unit capable of selectively irradiating a neutral particle beam and an ion beam and irradiating the ion beam from the neutral particle beam barrel when the objective lens is set to the out-lens mode may further be provided.

상기 서술한 바와 같이, 중성 입자 빔은 전하를 갖지 않으므로 빔을 좁히거나 편향시키는 것이 어렵다. 그래서, 중성 입자 빔 경통으로부터 이온 빔을 시료에 조사하고, 조사 위치 맞춤을 함으로써, 상기 이온 빔의 각종 편향기나 집속 렌즈 등의 설정값의 관계로부터 중성 입자 빔의 시료로의 조사 위치를 정확하게 맞출 수 있다.As mentioned above, the neutral particle beam has no charge and therefore it is difficult to narrow or deflect the beam. Therefore, by irradiating the sample with an ion beam from the neutral particle beam barrel and adjusting the irradiation position, the irradiation position of the neutral particle beam to the sample can be precisely adjusted from the relationship between the set values of the various deflectors and focusing lenses of the ion beam. have.

또한, 이때 전자 빔 경통의 대물렌즈가 아웃 렌즈 모드로 설정되어 있으므로, 세미 인 렌즈 모드에 비해 전자 빔 경통으로부터 누설되는 전기장이나 자기장의 양이 적어, 중성 입자 빔 경통으로부터의 이온 빔의 조사 위치의 조정에 미치는 영향을 저감할 수 있다.In addition, at this time, since the objective lens of the electron beam barrel is set to the out-lens mode, the amount of electric or magnetic field leaking from the electron beam barrel is smaller than in the semi-in-lens mode, so the ion beam irradiation position from the neutral particle beam barrel The influence on the adjustment can be reduced.

본 발명에 의하면, 집속 이온 빔으로 시료를 단면 가공한 후, 다른 빔으로 단면을 마무리 가공할 때, 전자 빔 경통으로부터의 전기장이나 자기장의 누설에 의한 영향이나, 차지 업에 의한 영향을 억제할 수 있다.According to the present invention, when a sample is cross-sectioned with a focused ion beam and then the cross-section is finished with another beam, the effect of electric or magnetic field leakage from the electron beam barrel or the effect of charge-up can be suppressed. have.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 복합 빔 장치의 전체 구성을 도시하는 도이다.
도 2는 각 조사 빔이 교차하는 조사점을 도시하는 도이다.
도 3은 SEM 경통의 구성을 도시하는 도이다.
도 4는 FIB 경통의 구성을 도시하는 도이다.
도 5는 중성 입자 빔 경통의 구성을 도시하는 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the whole structure of the composite beam apparatus which concerns on embodiment of this invention.
Fig. 2 is a diagram showing an irradiation point where each irradiation beam intersects.
Fig. 3 is a diagram showing the configuration of an SEM barrel.
Fig. 4 is a diagram showing the configuration of an FIB barrel.
5 is a diagram showing the configuration of a neutral particle beam barrel.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to drawings.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 복합 빔 장치(100)의 전체 구성을 도시하는 블럭도이다. 도 1에 있어서, 복합 빔 장치(100)는, 전자 빔 경통(SEM 경통)(10)과, 집속 이온 빔 경통(FIB 경통)(20)과, 중성 입자 빔 경통(30)과, 이차 전자 검출기(4)와, 가스총(5)과, 제어 수단(6)과, 표시 수단(7)과, 입력 수단(8)과, 스테이지(50) 및 그 위에 배치된 시료대(51)를 구비하고 있다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a composite beam apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. In Fig. 1, a composite beam apparatus 100 includes an electron beam barrel (SEM barrel) 10, a focused ion beam barrel (FIB barrel) 20, a neutral particle beam barrel 30, and a secondary electron detector. (4), a gas gun (5), a control means (6), a display means (7), an input means (8), a stage (50), and a sample stand (51) disposed thereon. .

복합 빔 장치(100)의 각 구성 부분의 일부 또는 전부는 진공실(40) 내에 배치되고, 진공실(40) 내는 소정의 진공도까지 감압되어 있다.A part or all of each component of the composite beam apparatus 100 is disposed in the vacuum chamber 40 , and the vacuum chamber 40 is decompressed to a predetermined degree of vacuum.

스테이지(50)는, 시료대(51)를 이동 가능하게 지지하고, 시료대(51) 상에는 시료(200)가 올려놓여져 있다. 그리고, 스테이지(50)는, 시료대(51)를 5축으로 변위시킬 수 있는 이동 기구를 갖고 있다. 이 이동 기구는, 시료대(51)를 수평면에 평행하고 또한 서로 직교하는 X축 및 Y축과, X축 및 Y축과 직교하는 Z축을 따라 각각 이동시키는 XYZ 이동 기구와, 시료대(51)를 Z축 둘레로 회전시키는 로테이션 기구와, 시료대(51)를 X축(또는 Y축) 둘레로 회전시키는 틸트 기구를 구비하고 있다. 스테이지(50)는, 시료대(51)를 5축으로 변위시킴으로써, 시료(200)를 전자 빔(10A), 이온 빔(20A), 및 중성 입자 빔(30A)의 조사 위치(도 2에 도시하는 각 조사 빔(10A~30A)이 교차하는 조사점 P)로 이동시킨다.The stage 50 supports the sample stage 51 movably, and the sample 200 is placed on the sample stage 51 . Then, the stage 50 has a moving mechanism capable of displacing the sample stage 51 in five axes. The movement mechanism includes an XYZ movement mechanism for moving the sample stage 51 along X and Y axes parallel to and perpendicular to the horizontal plane and Z axes orthogonal to the X and Y axes, respectively; It is provided with a rotation mechanism which rotates about the Z-axis, and a tilt mechanism which rotates the sample table 51 about an X-axis (or Y-axis). The stage 50 displaces the sample stage 51 in five axes to move the sample 200 to the irradiation position of the electron beam 10A, the ion beam 20A, and the neutral particle beam 30A (shown in FIG. 2 ). It moves to the irradiation point P) where each irradiation beam 10A-30A intersects.

조사점 P에서 시료(200)의 표면(단면)에 각 조사 빔(10A~30A)이 조사되어, 가공이나 SEM 관찰이 행해진다.Each irradiation beam 10A-30A is irradiated to the surface (cross section) of the sample 200 at the irradiation point P, and processing and SEM observation are performed.

제어 수단(6)은, 중앙 연산 처리 장치로서의 CPU와, 데이터나 프로그램 등을 기억하는 기억부(RAM 및 ROM)와, 외부 기기와의 사이에서 신호의 입출력을 행하는 입력 포트 및 출력 포트를 구비하는 컴퓨터로 구성할 수 있다. 제어 수단(6)은, 기억부에 기억된 프로그램에 의거하여 CPU가 각종 연산 처리를 실행하고, 복합 빔 장치(100)의 각 구성 부분을 제어한다. 그리고, 제어 수단(6)은, 전자 빔 경통(10), 집속 이온 빔 경통(20), 중성 입자 빔 경통(30), 이차 전자 검출기(4), 및 스테이지(50)의 제어 배선 등과 전기적으로 접속되어 있다.The control means 6 includes a CPU as a central processing unit, a storage unit (RAM and ROM) for storing data, programs, etc., and an input port and an output port for inputting and outputting signals between an external device and an external device. It can be configured by computer. As for the control means 6, based on the program memorize|stored in the memory|storage part, a CPU executes various arithmetic processing, and controls each structural part of the composite beam apparatus 100. As shown in FIG. The control means 6 is electrically connected to the electron beam barrel 10 , the focused ion beam barrel 20 , the neutral particle beam barrel 30 , the secondary electron detector 4 , the control wiring of the stage 50 , and the like. connected.

제어 수단(6)은, 후술하는 빔 조사 설정 수단(6A), 및 모드 전환 제어부(6B)를 갖는다.The control unit 6 includes a beam irradiation setting unit 6A, which will be described later, and a mode switching control unit 6B.

또 제어 수단(6)은, 소프트웨어의 지령이나 오퍼레이터의 입력에 의거하여 스테이지(50)를 구동시키고, 시료(200)의 위치나 자세를 조정하여 시료(200) 표면으로의 전자 빔(10A), 이온 빔(20A), 및 중성 입자 빔(30A)의 조사 위치나 조사 각도를 조정할 수 있도록 되어 있다.In addition, the control means 6 drives the stage 50 based on a software command or an operator input, and adjusts the position and posture of the sample 200 so that the electron beam 10A onto the surface of the sample 200; The irradiation position and irradiation angle of the ion beam 20A and the neutral particle beam 30A can be adjusted.

또한, 제어 수단(6)에는, 오퍼레이터의 입력 지시를 취득하는 키보드 등의 입력 수단(8)과, 시료의 화상 등을 표시하는 표시 수단(7)이 접속되어 있다.Moreover, the control means 6 is connected with the input means 8, such as a keyboard which acquires the input instruction|indication of an operator, and the display means 7 which displays the image etc. of a sample.

도 3에 도시하는 바와 같이, SEM 경통(10)은, 전자를 방출하는 전자원(11)과, 전자원(11)으로부터 방출된 전자를 빔형상으로 성형함과 더불어 주사하는 전자 광학계(12)를 구비하고 있다. 전자 빔 경통(10)으로부터 사출되는 전자 빔(10A)을 시료(200)에 조사함으로써, 시료(200)로부터는 이차 전자가 발생한다. 이 발생한 이차 전자를, 경통 내의 이차 전자 검출기(15), 또는 경통 외의 이차 전자 검출기(4)에서 검출하여 시료(200)의 상을 취득할 수 있다. 또, 경통 내의 반사 전자 검출기(14)에서 반사 전자를 검출하여 시료(200)의 상을 취득할 수 있다. 또한, 이차 전자 검출기(15)를 반사 전자 검출기(14)보다 전자원(11)측에 배치하고 있는데, 반사 전자 검출기(14)를 이차 전자 검출기(15)보다 전자원(11)측에 배치해도 된다.As shown in FIG. 3 , the SEM barrel 10 includes an electron source 11 for emitting electrons, and an electron optical system 12 for forming and scanning electrons emitted from the electron source 11 into a beam shape. is provided. By irradiating the sample 200 with the electron beam 10A emitted from the electron beam barrel 10 , secondary electrons are generated from the sample 200 . The generated secondary electrons can be detected by the secondary electron detector 15 inside the barrel or the secondary electron detector 4 outside the barrel to obtain an image of the sample 200 . In addition, the image of the sample 200 can be acquired by detecting reflected electrons by the reflection electron detector 14 in the barrel. Further, although the secondary electron detector 15 is disposed on the electron source 11 side rather than the reflection electron detector 14, the reflection electron detector 14 is disposed on the electron source 11 side rather than the secondary electron detector 15. do.

전자 광학계(12)는, 예를 들어, 전자 빔(10A)을 집속하는 콘덴서 렌즈와, 전자 빔(10A)을 좁히는 조리개와, 전자 빔(10A)의 광축을 조정하는 얼라이너와, 전자 빔(10A)을 시료(200)에 대해 집속하는 대물렌즈(12a)와, 시료(200) 상에서 전자 빔(10A)을 주사하는 편향기를 구비하여 구성된다.The electron optical system 12 includes, for example, a condenser lens for focusing the electron beam 10A, a diaphragm for narrowing the electron beam 10A, an aligner for adjusting the optical axis of the electron beam 10A, and the electron beam 10A ) to be focused on the sample 200 , and a deflector configured to scan the electron beam 10A on the sample 200 .

대물렌즈(12a)는, SEM 경통(10)의 축 방향 내측에 위치하는 링형상의 제1 코일(12a1)과, 제1 코일(12a1)의 외주를 둘러싸는 링형상의 제2 코일(12a2)을 동축에 구비하고 있다. 그리고, 제1 코일(12a1)에 전류를 흐르게 하면 자계가 발생하여, 제1 렌즈(아웃 렌즈)(13a1)가 형성되고, 제2 코일(12a2)에 전류를 흐르게 하면 자계가 발생하여, 제2 렌즈(세미 인 렌즈)(13a2)가 형성되게 되어 있다. 여기서, 제2 렌즈(13a2)는 제1 렌즈(13a1)보다 시료(200)에 근접하고 있으며, 초점 거리가 짧아 고분해능이 된다.The objective lens 12a includes a ring-shaped first coil 12a1 positioned inside the SEM barrel 10 in the axial direction, and a ring-shaped second coil 12a2 surrounding the outer periphery of the first coil 12a1. is provided on the same axis. Then, when a current flows through the first coil 12a1, a magnetic field is generated, a first lens (out lens) 13a1 is formed, and when a current flows through the second coil 12a2, a magnetic field is generated, and the second A lens (semi-in lens) 13a2 is formed. Here, the second lens 13a2 is closer to the sample 200 than the first lens 13a1, and the focal length is short, resulting in high resolution.

또한, 모드 전환 제어부(6B)는, 제1 코일(12a1)과 제2 코일(12a2)의 전류를 선택적으로 전환하여, 아웃 렌즈 모드 및 세미 인 렌즈 모드를 선택적으로 전환하고 있다.In addition, the mode switching control unit 6B selectively switches the currents of the first coil 12a1 and the second coil 12a2 to selectively switch between the out-lens mode and the semi-in-lens mode.

도 4에 도시하는 바와 같이, FIB 경통(20)은, 이온을 발생시키는 이온원(21)과, 이온원(21)으로부터 방출한 이온을 집속 이온 빔으로 성형함과 더불어 주사시키는 이온 광학계(22)를 구비하고 있다. FIB 경통(20)으로부터 하전 입자 빔인 이온 빔(20A)을, 시료(200)에 조사하면, 시료(200)로부터는 이차 이온이나 이차 전자 등의 이차 하전 입자가 발생한다. 이 이차 하전 입자를 이차 전자 검출기(4)로 검출하여 시료(200)의 상이 취득된다. 또, FIB 경통(20)은, 이온 빔(20A)의 조사량을 늘림으로써, 조사 범위의 시료(200)를 에칭 가공(단면 가공)한다.As shown in Fig. 4, the FIB barrel 20 includes an ion source 21 for generating ions, and an ion optical system 22 for forming and scanning ions emitted from the ion source 21 with a focused ion beam. ) is provided. When the sample 200 is irradiated with an ion beam 20A that is a charged particle beam from the FIB barrel 20 , secondary charged particles such as secondary ions and secondary electrons are generated from the sample 200 . This secondary charged particle is detected with the secondary electron detector 4, and the image of the sample 200 is acquired. In addition, the FIB barrel 20 etches (cross-section) the sample 200 in the irradiation range by increasing the irradiation amount of the ion beam 20A.

이온 광학계(22)는 공지의 구성을 가지며, 예를 들어, 이온 빔(20A)을 집속하는 콘덴서 렌즈와, 이온 빔(20A)을 좁히는 조리개와, 이온 빔(20A)의 광축을 조정하는 얼라이너와, 이온 빔(20A)을 시료에 대해 집속하는 대물렌즈와, 시료 상에서 이온 빔(20A)을 주사하는 편향기를 구비하여 구성된다.The ion optical system 22 has a known configuration, and includes, for example, a condenser lens for focusing the ion beam 20A, a diaphragm for narrowing the ion beam 20A, an aligner for adjusting the optical axis of the ion beam 20A; , an objective lens for focusing the ion beam 20A on the sample, and a deflector for scanning the ion beam 20A on the sample.

여기서, FIB 경통(20)의 진공실(40) 내에 배치되는 렌즈 등의 구성 부재는, SEM 경통(10)으로부터 누출되는 자기장으로의 영향을 작게 하기 위해, 비자성 재료로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the structural members such as a lens disposed in the vacuum chamber 40 of the FIB barrel 20 are preferably made of a non-magnetic material in order to reduce the influence on the magnetic field leaking from the SEM barrel 10 .

중성 입자 빔 경통(30)은, 이온을 발생시키는 이온원(31)과, 이온원(31)으로부터의 이온 빔을 집속하는 콘덴서 렌즈(32)와, 블랭킹(33)과, 이온 빔(30x)을 좁히는 애퍼쳐(36)와, 이온 빔(30x)을 집속하는 대물렌즈(34)와, 대물렌즈(34)로 집속한 이온 빔(30x)을 중성화하는 중성화 기구(35)를 구비하고 있다. 이온 빔(30x)은 중성화 기구(35)로 중성화되며, 중성 입자 빔(30A)으로서 시료(200)에 조사된다.The neutral particle beam barrel 30 includes an ion source 31 for generating ions, a condenser lens 32 for focusing an ion beam from the ion source 31 , a blanking 33 , and an ion beam 30x. It has an aperture 36 that narrows the , an objective lens 34 that focuses the ion beam 30x, and a neutralization mechanism 35 that neutralizes the ion beam 30x focused by the objective lens 34. The ion beam 30x is neutralized by the neutralization mechanism 35, and is irradiated to the sample 200 as the neutral particle beam 30A.

콘덴서 렌즈(32)~대물렌즈(34)가, 중성 입자 빔 경통(30)의 광학계를 구성한다.The condenser lens 32 to the objective lens 34 constitute the optical system of the neutral particle beam barrel 30 .

여기서, 중성 입자 빔 경통(30)의 진공실(40) 내에 배치되는 렌즈 등의 구성 부재는, SEM 경통(10)으로부터 누출되는 자기장으로의 영향을 작게 하기 위해, 비자성 재료로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the structural member such as a lens disposed in the vacuum chamber 40 of the neutral particle beam barrel 30 is preferably made of a non-magnetic material in order to reduce the effect on the magnetic field leaking from the SEM barrel 10 . .

이온원(31)은, 예를 들어 아르곤 이온을 발생시킨다. 또, 중성화 기구(35)는, 예를 들어 펄스 방전 방식으로 전자를 발생시키고, 이 전자를 아르곤 이온에 충돌시켜 중성화한다.The ion source 31 generates argon ions, for example. Moreover, the neutralization mechanism 35 generates electrons by a pulse discharge system, for example, makes these electrons collide with argon ions, and neutralizes it.

중성 입자 빔(30A)은, 단일의 입자여도 되고, 2개 이상의 입자로 이루어지는 클러스터여도 된다.A single particle may be sufficient as 30 A of neutral particle beams, and the cluster which consists of two or more particle|grains may be sufficient as it.

이 클러스터는, 이온원(31)을 대신하여 클러스터 이온원을 이용하고, 아르곤 등의 원료 가스를 가는 노즐로부터 분출하여 단열 팽창시킨 후, 이온화하여 형성할 수 있다. 그리고, 이 클러스터 이온을 광학계에 의해 어느 정도 집속시키고, 중성화 기구(35)로 중성화하며, 중성 입자 빔(30A)의 일종인 중성 클러스터 빔을 생성한다.This cluster can be formed by using a cluster ion source instead of the ion source 31, blowing a raw material gas such as argon from a thin nozzle, adiabatically expanding it, and then ionizing it. Then, the cluster ions are focused to some extent by the optical system, neutralized by the neutralization mechanism 35, and a neutral cluster beam, which is a type of the neutral particle beam 30A, is generated.

그리고, 빔 조사 설정 수단(6A)이 중성화 기구(35)의 동작을 온 하면, 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 중성 입자 빔(30A)을 조사시킬 수 있다. 한편, 빔 조사 설정 수단(6A)이 중성화 기구(35)의 동작을 오프하면, 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 이온 빔(30x)을 조사시킬 수 있다.Then, when the beam irradiation setting means 6A turns on the operation of the neutralization mechanism 35 , the neutral particle beam 30A can be irradiated from the neutral particle beam barrel 30 . On the other hand, when the beam irradiation setting means 6A turns off the operation of the neutralization mechanism 35 , the ion beam 30x can be irradiated from the neutral particle beam barrel 30 .

또, 빔 조사 설정 수단(6A)이 중성화 기구(35)의 동작을 온 하면, 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 중성 클러스터 빔을 조사시킬 수 있다. 한편, 빔 조사 설정 수단(6A)이 중성화 기구(35)의 동작을 오프하면, 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 클러스터 이온 빔을 조사시킬 수 있다.In addition, when the beam irradiation setting means 6A turns on the operation of the neutralization mechanism 35 , the neutral cluster beam can be irradiated from the neutral particle beam barrel 30 . On the other hand, when the beam irradiation setting means 6A turns off the operation of the neutralization mechanism 35 , the cluster ion beam can be irradiated from the neutral particle beam barrel 30 .

이 빔 조사 설정 수단(6A)은, 모드 전환 제어부(6B)가 대물렌즈(12a)를 아웃 렌즈 모드로 설정했을 때, 모드 전환 제어부(6B)로부터의 지시에 의거하여, 중성화 기구(35)의 동작을 오프해 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 이온 빔(30x)(또는 클러스터 이온 빔)을 조사시킨다.The beam irradiation setting means 6A, when the mode switching control unit 6B sets the objective lens 12a to the out-lens mode, based on an instruction from the mode switching control unit 6B, the neutralizing mechanism 35 The operation is turned off to irradiate the ion beam 30x (or cluster ion beam) from the neutral particle beam barrel 30 .

가스총(5)은, 시료(200)에 에칭 가스 등의 소정의 가스를 방출한다. 가스총(5)으로부터 에칭 가스를 공급하면서 시료(200)에 전자 빔(10A), 이온 빔(20A) 또는 중성 입자 빔(30A)을 조사함으로써, 빔 조사에 의한 시료의 에칭 속도를 높일 수 있다. 또, 가스총(5)으로부터 화합물 가스를 공급하면서 시료(200)에 전자 빔(10A), 이온 빔(20A) 또는 중성 입자 빔(30A)을 조사함으로써, 빔의 조사 영역 근방에 국소적인 가스 성분의 석출(디포지션)을 행할 수 있다.The gas gun 5 emits a predetermined gas such as an etching gas to the sample 200 . By irradiating the sample 200 with the electron beam 10A, the ion beam 20A, or the neutral particle beam 30A while supplying the etching gas from the gas gun 5, the etching rate of the sample by the beam irradiation can be increased. In addition, by irradiating the sample 200 with the electron beam 10A, the ion beam 20A, or the neutral particle beam 30A while supplying the compound gas from the gas gun 5, the local gas component in the vicinity of the beam irradiation area is reduced. Precipitation (deposition) can be performed.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 따른 복합 빔 장치(100)에 의한 측정예에 대해 설명한다.Next, a measurement example by the composite beam apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described.

우선, FIB 경통(20)으로부터 시료(200)에 FIB(이온 빔)(20A)를 조사하여, 시료(200)를 단면 가공한다.First, FIB (ion beam) 20A is irradiated to the sample 200 from the FIB barrel 20, and the sample 200 is cross-sectioned.

그리고, FIB 경통(20)에 의한 단면 가공 중에, 아웃 렌즈 모드로 SEM 경통(10)으로부터 전자 빔(10A)을 주사하면서 조사하고, 시료(200)의 단면으로부터 반사된 반사 전자를 SEM 경통(10) 내의 반사 전자 검출기(14)로 검출하여, 얻어진 반사 전자상을 관찰한다. 또, 시료(200)의 단면으로부터 발생한 이차 전자를 이차 전자 검출기(15) 또는 이차 전자 검출기(4)로 검출하여, 얻어진 이차 전자상을 관찰할 수도 있다.Then, during cross-section processing by the FIB barrel 20, the electron beam 10A is irradiated while scanning from the SEM barrel 10 in the out-lens mode, and reflected electrons reflected from the end surface of the sample 200 are applied to the SEM barrel 10 ) is detected with the inside reflection electron detector 14, and the obtained reflection electron image is observed. In addition, secondary electrons generated from the cross section of the sample 200 can be detected with the secondary electron detector 15 or the secondary electron detector 4, and the obtained secondary electron image can also be observed.

이와 같이 하여, FIB(이온 빔)(20A)에 의한 시료(200)의 단면의 조가공 중의 상태를 동시에 SEM으로 관찰한다.In this way, the state during rough processing of the cross section of the sample 200 by the FIB (ion beam) 20A is simultaneously observed by SEM.

다음에, 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 시료(200)에 중성 입자 빔(30A)을 조사하여, 단면을 마무리 가공한다. 중성 입자 빔 경통(30)의 가속 전압은 FIB 경통(20)보다 낮게 설정되어 있으며, 시료(200)로의 조사 데미지를 경감하고, 또한, 미세한 마무리 가공이 가능하다.Next, the sample 200 is irradiated with a neutral particle beam 30A from the neutral particle beam barrel 30 to finish-process the cross section. The acceleration voltage of the neutral particle beam barrel 30 is set lower than that of the FIB barrel 20, so that irradiation damage to the sample 200 is reduced, and fine finishing is possible.

그리고, 중성 입자 빔 경통(30)에 의한 단면의 마무리 가공 중에, 세미 인 렌즈 모드로 SEM 경통(10)으로부터 전자 빔(10A)을 주사하면서 조사하여, 얻어진 반사 전자상 또는 이차 전자상을 관찰한다.Then, during the final processing of the cross section by the neutral particle beam barrel 30, the reflected electron image or secondary electron image obtained by irradiating while scanning the electron beam 10A from the SEM barrel 10 in the semi-in-lens mode is observed. .

이와 같이 하여, 중성 입자 빔(30A)에 의한 시료(200)의 단면의 마무리 가공 중의 상태를 동시에 SEM으로 관찰하여, 원하는 단면 형상이 얻어진 시점에서 중성 입자 빔(30A)의 조사를 종료한다.In this way, the state during the finishing processing of the cross section of the sample 200 by the neutral particle beam 30A is simultaneously observed by SEM, and irradiation of the neutral particle beam 30A is terminated when the desired cross-sectional shape is obtained.

이상과 같이, 시료(200)의 단면의 마무리 가공을 행하는 빔으로서 중성 입자 빔(30A)을 이용함으로써, 단면의 조가공을 행하는 이온 빔(20A)에 비해 중성 입자 빔(30A)의 가속 전압이 낮아서 저에너지여도, SEM 경통(10)으로부터 누설되는 전기장이나 자기장의 영향을 받지 않으므로, 단면의 마무리 가공 중의 상태를 동시에 SEM으로 관찰할 수 있다. 또, 단면의 마무리 가공과 SEM 관찰을 동시에 행할 수 있으므로, SEM 경통(10)의 전기장이나 자기장이 감쇠할 때까지 단면 가공을 대기할 필요가 없어, 작업 효율이 향상한다.As described above, when the neutral particle beam 30A is used as the beam for finishing the cross section of the sample 200, the acceleration voltage of the neutral particle beam 30A is higher than that of the ion beam 20A for rough machining the cross section. Even at low energy, it is not affected by the electric field or magnetic field leaking from the SEM barrel 10, so that the state of the end surface during finishing can be simultaneously observed with the SEM. Further, since the finishing machining of the end face and the SEM observation can be performed at the same time, there is no need to wait for the end face machining until the electric or magnetic field of the SEM barrel 10 is attenuated, and work efficiency is improved.

특히, 아웃 렌즈 방식에 비해 더욱 고분해능의 세미 인 렌즈 방식으로 SEM 관찰하는 경우에, 전기장이나 자기장의 누설량이 현저해지므로, 본 발명이 더욱 유효해진다. 그리고, 세미 인 렌즈 방식으로 SEM 관찰하면, 단면의 마무리 가공 중의 상태를 보다 고분해능으로 관찰할 수 있기 때문에, 미세한 단면 형상을 정확하게 관찰하며, 가공을 종료할 수 있다.In particular, in the case of SEM observation with a semi-in-lens method with higher resolution compared to the out-lens method, the leakage amount of the electric field or the magnetic field becomes significant, so that the present invention becomes more effective. In addition, when the SEM observation is performed using the semi-in-lens method, the state during the final machining of the cross section can be observed with higher resolution, so that the fine cross-sectional shape can be observed accurately and the machining can be completed.

또한, 이온 빔(20A)으로 시료(200)를 단면 가공했을 때, 이온 빔(20A)의 조사에 의해 시료에 차지 업이 발생하더라도, 중성 입자 빔(30A)을 이용함으로써, 차지 업의 영향을 받지 않고 단면의 마무리 가공을 행할 수 있다.In addition, when the sample 200 is cross-sectioned with the ion beam 20A, even if charge-up occurs in the sample due to irradiation with the ion beam 20A, the effect of charge-up is reduced by using the neutral particle beam 30A. End machining can be performed without receiving.

또한, 단면의 마무리 가공 중에 있어서, 중성 입자 빔(30A)이 시료(200)에 조사되면 이차 전자가 발생하고, 이 이차 전자를 이차 전자 검출기(4)로 검출하면, 중성 입자 빔 조사에 의해 발생하는 저에너지의 이차 전자가 백그라운드 노이즈가 되기 때문에, SEM상이 선명해지지 않을 우려가 있다. 그래서, 이차 전자 검출기(4)를 이용하지 않고, SEM 경통(10) 내의 반사 전자 검출기(14)(BSE 검출기)를 이용하여 SEM상을 취득하면, 중성 입자 빔(30A)에 의해 발생한 이차 전자의 영향을 배제할 수 있다.In addition, during the final processing of the cross section, when the neutral particle beam 30A is irradiated to the sample 200, secondary electrons are generated, and when the secondary electrons are detected by the secondary electron detector 4, the neutral particle beam is irradiated. Since the secondary electrons of low energy to be used become background noise, there is a possibility that the SEM image may not become clear. Therefore, when the SEM image is acquired using the reflection electron detector 14 (BSE detector) in the SEM barrel 10 without using the secondary electron detector 4, the secondary electrons generated by the neutral particle beam 30A influence can be ruled out.

또, 블랭킹(33)을 이용하여, 이온원(31)으로부터 발생한 이온을 중성 입자 빔 경통(30) 내에서 간헐적으로 편향시켜 경통의 외부에 조사하지 않도록 하면, 중성 입자 빔(30A)이 조사되지 않는 동안에 SEM 관찰을 행하고, 중성 입자 빔(30A)이 조사되었을 때에 단면 가공함으로써, 유사 실시간 관찰이나, 컷 앤드 씨의 기능을 실현할 수 있다.In addition, if the blanking 33 is used to intermittently deflect the ions generated from the ion source 31 within the neutral particle beam barrel 30 so as not to irradiate the outside of the barrel, the neutral particle beam 30A is not irradiated. By performing SEM observation while not performing and cross-section processing when the neutral particle beam 30A is irradiated, pseudo real-time observation and a cut-and-see function can be realized.

여기서, 도 2에 도시하는 바와 같이, SEM 경통(10)의 선단(10e)과 조사점 P의 거리를 L1, FIB 경통(20)의 선단(20e)과 조사점 P의 거리를 L2, 중성 입자 빔 경통(30)의 선단(30e)과 조사점 P의 거리를 L3으로 했을 때, L1＜L2＜L3의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.Here, as shown in Fig. 2, the distance between the tip 10e of the SEM barrel 10 and the irradiation point P is L1, the distance between the tip 20e of the FIB barrel 20 and the irradiation point P is L2, and the neutral particle When the distance between the tip 30e of the beam barrel 30 and the irradiation point P is L3, it is preferable to satisfy the relationship L1<L2<L3.

여기서, 각 경통의 선단(10e~30e)은, 각 경통의 물리적인 선단 부위이다. 또, L1~L3은, 워킹 디스턴스(WD)에 대응한다.Here, the tips 10e to 30e of each barrel are a physical tip portion of each barrel. Further, L1 to L3 correspond to the working distance WD.

L1을 최소로 함으로써, SEM 경통(10)의 초점 거리를 짧게 하고, 고분해능의 SEM 관찰을 행할 수 있다. 또, L2를 L1 다음으로 작게 함으로써, 집속 이온 빔 경통(20)의 초점 거리를 짧게 하고 시료(200)에 집속 이온 빔(20A)을 집속시켜, 시료(200)에 급준한 단면을 형성할 수 있다. 한편, 중성 입자 빔(30A)은 차지에 의한 입자간의 반발이 없기 때문에, L3을 L2보다 크게 하고, 집속 이온 빔(20A)보다 낮은 가속 전압으로 가속한 중성 입자 빔(30A)이어도, 마무리 가공에 필요한 빔 지름의 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 마무리 가공에 필요한 빔 지름이란, 시료 홀더 등의 시료 이외의 구성 부재에 조사되어, 스퍼터링된 물질이 시료에 재부착되지 않는 범위의 지름이며, TEM 시료편의 마무리 가공에 있어서 100㎛부터 200㎛ 정도이다. 또, 중성 입자 빔 경통(30)에 주사 수단을 구비하지 않은 경우에도 상기 빔 지름의 범위이면, 스포트 조사에 의해 평탄한 마무리 가공을 할 수 있다.By minimizing L1, the focal length of the SEM barrel 10 can be shortened, and high-resolution SEM observation can be performed. In addition, by making L2 smaller than L1, the focal length of the focused ion beam barrel 20 is shortened and the focused ion beam 20A is focused on the sample 200 to form a steep cross section on the sample 200. have. On the other hand, since the neutral particle beam 30A does not have repulsion between particles due to charge, L3 is larger than L2 and the neutral particle beam 30A accelerated to an acceleration voltage lower than that of the focused ion beam 20A is suitable for finishing processing. Beams of the required beam diameter can be formed. Here, the beam diameter required for finishing processing is a diameter in a range in which a material irradiated to a component other than a sample, such as a sample holder, and sputtered, does not re-adhere to the sample, and in the finishing processing of a TEM sample piece, 100 µm to 200 µm it is about Moreover, even when the neutral particle beam barrel 30 is not provided with a scanning means, as long as it is within the above-mentioned beam diameter range, a flat finish can be performed by spot irradiation.

또, L3을 최대로 함으로써, 중성 입자 빔 경통(30)을, SEM 경통(10)으로부터 떼어 놓을 수 있어, SEM 경통(10)으로부터 누출되는 전기장이나 자기장의 회전 대칭성의 붕괴 등에 의한 전자 빔(10A) 및 이차 전자 검출기(15)의 성능 열화를 저감할 수 있다.In addition, by maximizing L3, the neutral particle beam barrel 30 can be separated from the SEM barrel 10, and the electron beam 10A due to collapse of rotational symmetry of the electric field or magnetic field leaking from the SEM barrel 10, etc. ) and performance degradation of the secondary electron detector 15 can be reduced.

또, 빔 조사 설정 수단(6A)에 의해 SEM 경통(10)의 대물렌즈(12a)가 아웃 렌즈 모드로 설정되었을 때, 모드 전환 제어부(6B)가 중성 입자 빔 경통(30)으로부터 이온 빔(30x)을 시료(200)에 조사시키도록 제어하면 바람직하다.Further, when the objective lens 12a of the SEM barrel 10 is set to the out-lens mode by the beam irradiation setting means 6A, the mode switching control unit 6B sends the ion beam 30x from the neutral particle beam barrel 30 ) is preferably controlled so that the sample 200 is irradiated.

상기 서술한 바와 같이, 중성 입자 빔(30A)은 전하를 갖지 않으므로 빔을 좁히거나 편향시키는 것이 어렵다. 그래서, 중성 입자 빔 경통(30)의 중성화 기구(35)를 오프로 함으로써, 이온원(31)으로부터 발생한 이온 빔(30x)이 그대로 시료(200)를 향해 조사되는데, 이때, 각종 편향기나 집속 렌즈 등으로 이온 빔의 시료(200)로의 조사 위치를 정확하게 맞출 수 있다.As described above, the neutral particle beam 30A has no charge, so it is difficult to narrow or deflect the beam. Therefore, by turning off the neutralization mechanism 35 of the neutral particle beam barrel 30, the ion beam 30x generated from the ion source 31 is directly irradiated toward the sample 200. At this time, various deflectors and focusing lenses The irradiation position of the ion beam to the sample 200 may be precisely adjusted by such a method.

또한, 이때 SEM 경통(10)의 대물렌즈(12a)가 아웃 렌즈 모드로 설정되어 있으므로, 세미 인 렌즈 모드에 비해 SEM 경통(10)으로부터 누설되는 전기장이나 자기장의 양이 적어, 중성 입자 빔 경통(30)으로부터의 이온 빔의 조사 위치의 조정에 미치는 영향을 저감할 수 있다. 또한, SEM 경통(10)의 광학계에 있어서, 아웃 렌즈 모드에서의 전자 빔(10A)에 의한 관찰 위치와, 세미 인 렌즈 모드에서의 전자 빔(10A)에 의한 관찰 위치가 일치하도록 모드간의 엇갈림량을 보정한다. 이것에 의해, 아웃 렌즈 모드에서의 중성 입자 빔 경통(30)으로부터의 이온 빔(30x)의 조사 위치에 의거하여, 세미 인 렌즈 모드에서의 중성 입자 빔(30A)의 조사 위치를 보다 정확하게 맞출 수 있다.In addition, at this time, since the objective lens 12a of the SEM barrel 10 is set to the out-lens mode, the amount of electric field or magnetic field leaking from the SEM barrel 10 is smaller than that in the semi-in lens mode, and the neutral particle beam barrel ( 30), the influence on the adjustment of the irradiation position of the ion beam can be reduced. In addition, in the optical system of the SEM barrel 10, the amount of shift between the modes so that the observation position by the electron beam 10A in the out-lens mode coincides with the observation position by the electron beam 10A in the semi-in-lens mode correct the Thereby, based on the irradiation position of the ion beam 30x from the neutral particle beam barrel 30 in the out-lens mode, the irradiation position of the neutral particle beam 30A in the semi-in-lens mode can be more accurately aligned. have.

그리고, 이온 빔의 조사 위치의 조정이 종료한 후, 모드 전환 제어부(6B)가 중성 입자 빔 경통(30)의 중성화 기구(35)를 온으로 하고, 이온 빔을 중성화한 중성 입자 빔(30A)을 시료(200)에 조사하여 단면의 마무리 가공을 행하면 된다. 또, 이때, 빔 조사 설정 수단(6A)에 의해, SEM 경통(10)의 대물렌즈(12a)를 세미 인 렌즈 모드로 전환하면 된다.Then, after the adjustment of the irradiation position of the ion beam is completed, the mode switching control unit 6B turns on the neutralization mechanism 35 of the neutral particle beam barrel 30 to neutralize the ion beam. What is necessary is just to irradiate the sample 200 and perform finishing processing of the cross section. At this time, the objective lens 12a of the SEM barrel 10 may be switched to the semi-in-lens mode by the beam irradiation setting means 6A.

상기의 실시 형태에서는, 세미 인 렌즈 방식의 SEM 경통(10)에 대해 설명했는데, 시료대(51)에 전압을 인가하여, SEM 경통(10)의 선단과 시료대(51)의 사이에 전자 빔(10A)을 감속시키는 전계를 형성하는 리타딩 방식의 SEM 경통(10)에 대해서도 본 발명은 효과를 발휘한다.In the above embodiment, the SEM barrel 10 of the semi-in-lens type has been described, but a voltage is applied to the sample stage 51 and an electron beam is placed between the tip of the SEM barrel 10 and the sample stage 51 . The present invention also exhibits the effect of the SEM barrel 10 of the retarding system that forms an electric field that decelerates (10A).

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위에 포함되는 다양한 변형 및 균등물에 이르는 것은 말할 필요도 없다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention are attained.

6A: 빔 조사 설정 수단 6B: 모드 전환 제어부
10: 전자 빔 경통 10A: 전자 빔
10e: 전자 빔 경통의 선단 12a: 대물렌즈
20: 집속 이온 빔 경통 20A: 집속 이온 빔
20e: 집속 이온 빔 경통의 선단 30: 중성 입자 빔 경통
30A: 중성 입자 빔 30e: 중성 입자 빔 경통의 선단
30x: 이온 빔 100: 복합 빔 장치
200: 시료 P: 조사점
L1: 전자 빔 경통의 선단과 조사점 P의 거리
L2: 집속 이온 빔 경통의 선단과 조사점 P의 거리
L3: 중성 입자 빔 경통의 선단과 조사점 P의 거리 6A: beam irradiation setting means 6B: mode switching control unit
10: electron beam barrel 10A: electron beam
10e: tip of electron beam barrel 12a: objective lens
20: focused ion beam barrel 20A: focused ion beam
20e: tip of the focused ion beam barrel 30: neutral particle beam barrel
30A: neutral particle beam 30e: the tip of the neutral particle beam barrel
30x: Ion Beam 100: Composite Beam Device
200: sample P: irradiation point
L1: Distance between the tip of the electron beam barrel and the irradiation point P
L2: Distance between the tip of the focused ion beam barrel and the irradiation point P
L3: Distance between the tip of the neutral particle beam barrel and the irradiation point P

Claims (3)

시료에 전자 빔을 조사하기 위한 전자 빔 경통과,
상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하여 단면을 형성하기 위한 집속 이온 빔 경통과,
상기 집속 이온 빔 경통보다 가속 전압이 낮게 설정되고, 상기 시료에 중성 입자 빔을 조사하여 상기 단면을 마무리 가공하기 위한 중성 입자 빔 경통을 가지며,
상기 전자 빔 경통, 상기 집속 이온 빔 경통 및 상기 중성 입자 빔 경통은, 각각의 각 조사 빔이 조사점 P에서 교차하도록 배치되어 이루어지고,
상기 전자 빔 경통의 선단과 상기 조사점 P의 거리를 L1, 상기 집속 이온 빔 경통의 선단과 상기 조사점 P의 거리를 L2, 상기 중성 입자 빔 경통의 선단과 상기 조사점 P의 거리를 L3으로 했을 때,
L1＜L2＜L3의 관계를 만족하는, 복합 빔 장치.passing through an electron beam beam for irradiating the sample with an electron beam;
Passing through a focused ion beam for forming a cross section by irradiating the focused ion beam on the sample;
an acceleration voltage set lower than that of the focused ion beam barrel, and a neutral particle beam barrel for finishing the cross section by irradiating the sample with a neutral particle beam;
the electron beam barrel, the focused ion beam barrel, and the neutral particle beam barrel are arranged such that each of the irradiation beams intersects at an irradiation point P;
The distance between the tip of the electron beam barrel and the irradiation point P is L1, the distance between the tip of the focused ion beam barrel and the irradiation point P is L2, and the distance between the tip of the neutral particle beam barrel and the irradiation point P is L3. when did,
A composite beam device that satisfies the relationship L1<L2<L3. 청구항 1에 있어서,
상기 전자 빔 경통은, 상기 전자 빔을 상기 시료 상에 집속시키는 대물렌즈를 구비하고, 상기 대물렌즈는, 아웃 렌즈 모드와 세미 인 렌즈 모드로 선택적으로 설정 가능하며,
상기 중성 입자 빔 경통은, 상기 중성 입자 빔과 상기 중성 입자 빔이 이온화된 이온 빔을 선택적으로 조사 가능하고,
상기 대물렌즈가 상기 아웃 렌즈 모드로 설정되었을 때, 상기 중성 입자 빔 경통으로부터 상기 이온 빔을 조사시키는 빔 조사 설정 수단을 더 구비하여 이루어지는, 복합 빔 장치.The method according to claim 1,
The electron beam barrel includes an objective lens for focusing the electron beam on the sample, and the objective lens can be selectively set to an out-lens mode and a semi-in-lens mode,
The neutral particle beam barrel may selectively irradiate the neutral particle beam and an ion beam in which the neutral particle beam is ionized,
and beam irradiation setting means for irradiating the ion beam from the neutral particle beam barrel when the objective lens is set to the out-lens mode. 삭제delete
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